diseÑo y construccion de un prototipo de una central maremotriz±o... · maremotriz. el diseño...

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página ii

Agradecimientos

Le doy gracias a dios por sobre todas las cosas, por el camino que ha

trazado en mi vida, porque sus tiempos siempre han sido perfectos y exactos,

y por todo lo bueno y lo malo que siempre me han dejado un buen

aprendizaje.

A mi papá J. Carlos por la confianza que siempre ha tenido en mí y por

el apoyo que siempre ha sido incondicional y constante, por el estoy en este

momento importante en mi vida, el cual es el comienzo de cosas nuevas,

gracias.

A mi mamá Teresa por creer y confiar en mí.

A mis hermanos Paolo, Luigi, Cindy y Erwin, por el apoyo

incondicional y por estar en los momentos buenos y malos.

A mi novia Katya por llegar y estar en el momento en el que la

necesitaba, por alentarme día a día y por depositar tu confianza en mí.

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Dedicatoria

A mi papá José Carlos García Lara, por ser el pilar más importante en

mi vida, porque no tengo mejor ejemplo que el suyo para salir adelante y tener

las ganas de superarme para ser mejor persona día a día.

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Resumen

En este trabajo de tesis se da la importancia que tienen las energías

renovables y en especial la energía de las mareas, y la importancia que tienen

para contribuir con el equilibrio ecológico que se necesita en el planeta.

Se realiza la investigación científica del comportamiento y origen de las

mareas para poder entender los ciclos de funcionamiento de la central

maremotriz. El diseño que se tiene es de la central maremotriz de la Rance

ubicada en Francia ya que es la más importante y la de mayor capacidad en el

planeta.

Una vez presentadas las bases de diseño se realiza de manera

demostrativa un prototipo de una central maremotriz, la cual se basa en el

funcionamiento básico de la central maremotriz de la Rance.

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página v

Contenido

Agradecimientos………………………………………………………………ii

Dedicatoria……………………………………………………………………iii

Resumen………………………………………………………………………iv

Contenido……………………………………………………………………...v

Índice de Figuras/ Tablas……………………………………………………..ix

CAPITULO 1

INTRODUCCION……………………………………………………………1

1.1 La generación con energía renovable……………………………………...1

1.2 Objetivo……………………………………………………………………2

1.3 Justificación………………………………………………………………..2

1.4 Estructura de la tesis……………………………………………………….3

CAPITULO 2

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA DE LA MAREA Y DE LAS

OLAS………………………………………………………………………….5

2.1 Introducción……………………………………………………………….5

2.1.1 Energía Solar……………………………………………...………….6

2.1.2 Energía Solar Térmica...……………………………………………...6

2.1.3 Energía Solar Fotovoltaica…...………………………………………7

2.1.4 Energía Eólica...……………………………………………………...7

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página vi

2.1.5 Energía de Biomasa...………………………………………………...8

2.2 Energía de la marea………………………………………………………..9

2.2.1 Recursos de las mareas...…………………………………………....10

2.2.2 Física de las mareas...……………………………………………….11

2.2.3 La influencia gravitacional del sol y la luna...……………………...11

2.2.4 Corrientes y tormentas…...…………………………………………14

2.2.5 Características de las playas………………...………………………14

2.2.6 El recurso……………………...……………………………………15

2.2.7 El futuro de las energías de las mareas……………...……………...16

2.3 Energía de las olas………………………………………………….…….16

CAPITULO 3

DISEÑO DE LA CENTRAL MAREMOTRIZ…………………………...26

3.1 Aspectos referentes a la construcción……………………………………26

3.2 Condiciones para la construcción de la represa………………………….27

3.3 Parámetros………………………………………………………………..27

3.4 Estuarios………………………………………………………………….28

3.5 Consideraciones ambientales…………………………………………….29

3.6 Tendencias de desarrollo…………………………………………………30

3.7 Aspectos económicos…………………………………………………….31

3.8 Ciclos de funcionamiento de las centrales maremotrices………………..31

3.8.1 Ciclo de simple efecto...…………………………………………….32

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página vii

3.8.2 Ciclo de doble efecto con turbinas reversibles…..………………….34

3.8.3 Ciclo de acumulación por bombeo……… ..………………………..37

3.9 Unidades Turbogeneradoras……………………………………………...38

3.10 Unidades tipo bulbo…………………………………………………….39

3.10.1 Los pequeños y medios bulbos………...……………………….…39

3.11 Los grupos en sifón……...……………………………………………...39

3.11.1 Los grupos en cámara abierta…...…………………………………40

3.11.2 Diseño de los grupos Bulbo..……………………………………...41

3.11.3 Trazado hidráulico de los grupo bulbo…..………………………..42

3.11.4 El tubo de aspiración…..…………………………………………..42

3.12 Conductos……………………………………………………………….43

3.13 Cavitación………………………………………………………………44

3.14 Central maremotriz de la Rance………………………………………...44

3.14.1 Ciclo de utilización………………………………………………..46

3.14.2 Turbinas de doble paso (two-way turbines)……………………….47

3.14.3 Características de las turbinas………...…………………………...48

3.14.4 Características técnicas……...…………………………………….49

3.14.5 Estadísticas…...……………………………………………………50

CAPITULO 4

PROTOTIPO DE UNA CENTRAL MAREMOTRIZ…………………...51

4.1 Objetivo del proyecto de la central maremotriz………………………….51

4.2 Equipo para la construcción de la central maremotriz…………………...52

4.3 Funcionamiento del prototipo……………………………………………56

4.4 Modelado y simulación de prototipo……………………………………..58

4.5 Generalización a escala media del prototipo propuesto………………….67

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página

viii

4.6 Posibilidades en México…………………………………………………68

CAPITULO 5

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………...72

5.1 Conclusiones……………………………………………………………..72

5.2 Recomendaciones………………………………………………………...73

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………74

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página ix

Índice de figuras / Tablas

CAPITULO 2

ANTECEDENTES DE LA ENERGIA DE LA MAREA Y DE LAS

OLAS………………………………………………………………………...12

2.1 Esquema de las mareas…………………………………………………...12

2.2 Fases de la marea………………………………………………………...13

2.3 Características de una ola………………………………………………...17

2.4 Energía producida por las olas y las corrientes…………………………..25

2.1 Tabla relación entre el oleaje y la velocidad……………………………..22

2.2 Tabla clasificación internacional de las olas……………………………..24

CAPITULO 3

DISEÑO DE LA CENTRAL MAREMOTRIZ…………………………...32

3.1 Ciclo de simple efecto embalse único……………………………………32

3.2 Ciclo de simple efecto durante el vaciado del embalse…………………..33

3.3 Ciclo de simple efecto durante el llenado del embalse…………………..34

3.4 Embalse con turbinas de doble efecto……………………………………35

3.5 Ciclo del doble efecto…………………………………………………….36

3.6 Ciclo de acumulación por bombeo……………………………………….37

3.7 Grupo con sifón-aspirador a la salida…………………………..………..40

3.8 Turbina Bulbo moderna con cámara abierta instalada en un dique……...41

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página x

3.9 Perdida de carga en algunos tipos de tubo de aspiración

de turbinas Bulbo y Kaplan…………………………………………………..43

3.10 Dique de la central maremotriz de la Rance……..……………………..45

3.11 Características del dique de la central maremotriz de la Rance………...45

3.12 Entorno de la central de la Rance……………………………………….46

CAPITULO 4

PROTOTIPO DE UNA CENTRAL MAREMOTRIZ…………………...51

4.1 Entorno de la central de la Rance………………………………………...52

4.2 Tanque de agua que simula el nivel de marea alta……………………….52

4.3 Tanque de agua que simula el nivel de marea baja………………………53

4.4 Base del tanque que simula el nivel de marea alta……………………….53

4.5 Pieza y turbina que simulan el canal de agua…………………………….54

4.6 Motor de corriente directa………………………………………………..54

4.7 Dispositivo de medición………………………………………………….55

4.8 Prototipo de la central maremotriz……………………………………….55

4.9 Operación del prototipo de la central maremotriz………………………..56

4.10 Funcionamiento de la turbina con el generador………………………...57

4.11 Diagrama del prototipo con fines de obtener su representación

matemática…………………………………………………………………...58

4.12 Circuito equivalente a la figura 4.11……………………………………59

4.13 Grafica comparativa del voltaje en el capacitor, del flujo de agua y

corriente generada una entrada escalón de 2 segundos………………………63


corriente generada una entrada tren de pulsos……………………………….64

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página xi


corriente generada una entrada diente de sierra……………………………...65

4.16 Estimación teórica del potencial energético del alto Golfo

de California, con una serie de embalses hipotéticos………………………...70

U.M.S.N.H. Facultad de Ingeniería Eléctrica Página 1

Capítulo 1

Introducción

1.1 La generación con energía renovable

Uno de los grandes problemas de la humanidad es su dependencia de los

combustibles fósiles, ya que provocan un fuerte impacto ambiental como el

cambio climático que provoca inundaciones, fuertes temporales, graves

periodos de sequía, etc. además de diversos trastornos económicos. Esto por si

sólo sería suficiente argumento para buscar una alternativa menos destructiva.

La generación de energía tradicionales como el carbón, petróleo, gas

natural o combustibles radiactivos produce un impacto ambiental 31 veces

superior a las energías limpias, como el viento, el agua o el sol, de estas la

energía eólica es la más limpia.

La principal ventaja de las energías renovables es la de un menor impacto

ambiental ya que reducen el número de contaminantes a la atmósfera y evitan

así el proceso de calentamiento terrestre, pero además su distribución

territorial es más dispersa y menos concentrada.

Las fuentes renovables de energía se basan en los flujos y ciclos naturales

del planeta. Son aquellas que se regeneran y son tan abundantes que

perdurarán por cientos o miles de años, las usemos o no; además, usadas con

responsabilidad no destruyen el medio ambiente.


La electricidad, calefacción o refrigeración generados por las fuentes de

energías renovables, consisten en el aprovechamiento de los recursos naturales

como el sol, el viento, los residuos agrícolas u orgánicos.

Incrementar la participación de las energías renovables, asegura una

generación de electricidad sostenible a largo plazo, aplicadas de manera

socialmente responsable, pueden ofrecer oportunidades de empleo en zonas

rurales y urbanas, y así promover el desarrollo de tecnologías locales.

1.2 Objetivo

El objetivo de este trabajo de tesis es proponer una alternativa de

producir energía eléctrica mediante energía renovable, así como el diseño y

construcción de un prototipo de una central maremotriz.

1.3 Justificación

La justificación de este trabajo de tesis es proponer la implementación de

una central generadora de energía eléctrica, que sea distinta a las fuentes de

energía basadas en hidrocarburos, se propone una central maremotriz, debido

a que es una fuente de energía limpia que se basa en el movimiento de la

marea.

En la actualidad se requiere el aprovechamiento de los recursos naturales

considerando la preocupación que existe en reducir los costos de generación y

contaminación, y con ello contribuir al equilibrio ecológico.


La República Mexicana cuenta con grandes extensiones de costa tanto en

el Océano Pacifico como en el Golfo de México, por lo cual es factible

proponer este tipo de centrales generadoras, y así aprovechar los recursos

naturales con los que cuenta el país.

La propuesta de una central maremotriz en México sería para satisfacer

una pequeña demanda, por cuestiones de diseño como las centrales

generadoras que se encuentran en Rusia, Canadá y China, o una de mayor

capacidad como la de Rance instalada en Francia.

1.4 Estructura de la tesis

A continuación se enuncia la estructura de la tesis, así como una breve

descripción de cada capítulo que la componen.

En el capítulo 1 se da una breve introducción de la generación con

energía renovable, también se presenta el objetivo, la justificación y estructura

de la tesis.

En el capítulo 2 se describen los antecedentes de la energía de la marea y

de las olas, para así, contar con los elementos necesarios para el diseño e

implementación de la central maremotriz.

En el Capítulo 3 se da el diseño de la central maremotriz, así como los

elementos que la conforman, para su diseño orientado al cumplimiento de las

expectativas de diseño.


En el capítulo 4 una vez que se tienen las bases de diseño, se realiza el

prototipo de la central maremotriz.

En el capítulo 5 se presentan las conclusiones y recomendaciones de este

trabajo de tesis, y se observa si realmente se puede implementar este tipo de

centrales maremotrices en México.


Capítulo 2

Antecedentes de la energía de la marea y de las

olas

2.1 Introducción

Cuando en 1973 se produjeron eventos importantes en el mercado del

petróleo en el mundo, que se manifestaron en los años posteriores en un

encarecimiento notable de esta fuente de energía no renovable, resurgieron las

preocupaciones sobre el suministro y precio futuro de la energía.

Entre las opciones para reducir la dependencia del petróleo como

principal energético, se reconsideró el mejor aprovechamiento de la energía

solar y sus diversas manifestaciones secundarias tales como la energía eólica,

hidráulica y las diversas formas de biomasa; es decir, las llamadas energías

renovables.

Hoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del

petróleo, muchas de las tecnologías de aprovechamiento de energías

renovables han madurado y evolucionado, aumentando su confiabilidad y

mejorando su rentabilidad para muchas aplicaciones.


2.1.1 Energía solar

El sol ha sido una constante fuente energética a través de la evolución de

la humanidad y en las diferentes áreas de actividad que el hombre ha

desarrollado, como la agrícola, urbana o industrial. Sin embargo, para

conseguir un aprovechamiento completo ha sido necesario aplicar una serie de

sistemas de captación que se han ido desarrollando a medida que avanzaba la

tecnología.

Esta energía posee como ventajas su elevada calidad energética, su

escaso impacto ecológico y su largo período de duración.

Los inconvenientes se deben a que llega a la tierra de forma dispersa y

además no se puede almacenar de forma directa.

2.1.2 Energía solar térmica

Se trata de recoger la energía del sol a través de paneles solares y

convertirla en calor. El calor absorbido en los colectores puede destinarse a

satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente

para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a hogares,

hoteles, colegios o fábricas. También, se podrá conseguir refrigeración durante

las épocas cálidas. En agricultura se pueden conseguir otro tipo de

aplicaciones como invernaderos solares que favorecieran las mejoras de las

cosechas en calidad y cantidad.


El funcionamiento consiste en concentrar la luz solar mediante espejos

(helios-tatos), cilindros o discos parabólicos para alcanzar altas temperaturas

que se utilizan para generar vapor y activar una turbina que produce

electricidad por medio de un generador.

2.1.3 Energía solar fotovoltaica

La energía del sol se recoge en paneles solares y se convierte en

electricidad esta se basa en la aplicación del efecto fotovoltaíco que se

produce al incidir la luz sobre unos materiales semiconductores, generándose

un flujo de electrones en el interior del material, y en condiciones adecuadas,

una diferencia de potencial que puede ser aprovechado con múltiples

aplicaciones como la de la electricidad, tanto doméstica como en servicios

públicos.

2.1.4 Energía eólica

La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía

mecánica que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento.

El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro

planeta, originando movimientos de la masa atmosférica.

El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha dado lugar a

modernos aerogeneradores que aprovechan la energía eólica para generar

electricidad. Estos aerogeneradores pueden instalarse aislados o bien en

agrupaciones que aportan energía a las redes de distribución.


Sin embargo, el viento tiene dos características que lo diferencia de otras

fuentes energéticas, su imprevisible variabilidad y su dispersión.

2.1.5 Energía de Biomasa

Una central de biomasa, es la que obtiene energía eléctrica mediante los

diferentes procesos de transformación de la materia orgánica.

Se conoce como biomasa energética al conjunto de materia orgánica, de

origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su

transformación natural o artificial, estos materiales pueden ser.

- Residuos agrícolas de diferentes podas de cultivos leñosos como olivos

y frutales. También residuos de cultivos de cereales como el centeno, maíz,

trigo, sorgo o arroz e incluso se utilizan los residuos de otros cultivos

herbáceos como el tabaco, algodón y girasol.

- Residuos de industrias forestales, procedentes en su mayoría de industrias

de tratamiento de madera, chapa de madera, corcho o papel.

- Residuos biodegradables de industrias agro ganaderas y agro alimentarias

y también los procedentes de actividad urbana, entre los que destaca el biogás

procedente de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas y de los

residuos sólidos urbanos.


El funcionamiento de la central de biomasa es el siguiente.

- La biomasa se prepara para transformarla en combustible líquido.

- Este combustible se quema y se calienta agua.

- Se produce vapor a alta presión que mueve la turbina y esta a su

vez mueve el generador que producirá energía eléctrica.

- La energía eléctrica producida es transportada por el tendido eléctrico.

2.2 Energía de la marea

La disponibilidad universal de los recursos marinos hace que estos sean

vistos como una fuente para saciar, en parte, la creciente demanda de potencia

eléctrica.

Si bien la tecnología para captar la energía oceánica existe, las

dificultades que implican las operaciones en el mar hacen que su extracción no

resulte tarea fácil. Las posibilidades son muy variadas e incluyen las olas, las

corrientes oceánicas, los gradientes térmico y salino del agua de mar, y la

marea. De todas ellas, las que han alcanzado un mayor grado de desarrollo son

las que se basan en las olas, el gradiente térmico y la dinámica de la marea.

Las restantes se hallan en etapas menos avanzadas.

Cada una de estas posibilidades representa una considerable inversión de

capital y posee sus propias limitaciones y problemas de implementación.


Algunas tienen una producción intermitente, otras necesitan costosos

sistemas de almacenamiento, pero todas deben estar en fase con la

infraestructura económico-social proporcionada por las tecnologías

convencionales.

Es evidente que de todas las formas de energía contenidas en el mar sólo

sea posible utilizar aquellas que se adecuen a las restricciones que imponga la

propia región de interés. Por ejemplo, para la conversión de la energía de las

olas se requiere que la zona cuente con un adecuado promedio anual en la

velocidad del viento, así como con una buena exposición de la costa frente al

mar. En el caso de la energía derivada de la marea, el hecho de que se

necesiten simultáneamente grandes amplitudes y determinadas condiciones

morfológicas, tales como Golfos, bahías profundas o estuarios, limita el

número de lugares en el mundo en condiciones de albergar un proyecto de este

tipo. Otro tanto ocurre con la conversión de la energía a partir del gradiente

térmico entre las aguas superficiales y las profundas.

2.2.1 Recursos de las mareas

Los recursos de las mareas son las variaciones que se dan en el nivel del

mar dos veces al día, causadas principalmente, por el efecto gravitacional de

la Luna, y en una menor medida, del Sol, en los Océanos del Planeta. La

rotación de la Tierra es también un factor en la generación de las mareas. El

aprovechamiento de la energía de las mareas no es un nuevo concepto y se ha

venido usando desde, al menos, el siglo XI en Inglaterra y Francia para el

almacenamiento en molinos de granos.


2.2.2 Física de las mareas

Es esencial comprender los principios que producen el aumento de las

mareas para explicar la energía de las mismas. Si bien es complejo alcanzar un

conocimiento profundo de las interacciones que se encuentran en juego, el

origen de las mareas puede ser explicado en términos generales investigando

los efectos gravitacionales de la Luna y el Sol en el Océano y el efecto de las

fuerzas centrífugas.

2.2.3 La Influencia gravitacional del Sol y la Luna

Se le denomina marea, al ascenso y descenso periódico de todas las aguas

Oceánicas, incluyendo las de mar abierto, Golfos y bahías mediante

movimientos periódicos originados por la fuerza de atracción gravitatoria de la

Luna y el Sol sobre el agua y la Tierra, fuerza que provoca una oscilación

rítmica y/o cíclica debido a la órbita de la Tierra alrededor del Sol y de la

Luna alrededor de la Tierra, lo que permite generar elevaciones máximas del

agua del mar llamadas pleamar y descensos de la misma denominados

bajamar.

Existen por lo tanto, mareas causadas tanto por el Sol como por la Luna.

Una explicación más simple de lo anterior, es que el agua del lado de la Tierra

más cercano a la Luna es atraída por la fuerza gravitatoria de la Luna más

intensamente que el cuerpo de la Tierra, mientras que el agua del lado de la

Tierra más alejado de la Luna es atraída menos intensamente que la Tierra. El

efecto es hacer salientes en el agua en los lados opuestos de la Tierra.


El efecto de la atracción del Sol es similar. Estos efectos de atracción se

muestran en la figura 2.1.

Figura 2.1 Esquema de las mareas.

La atracción gravitacional que ejercen el Sol y la Luna sobre la Tierra

afectan en gran medida el fenómeno de las mareas dando origen a mareas

vivas que ocurren en el momento que el Sol, la Luna y la Tierra se encuentran

alineados, de esta manera la fuerza gravitacional del Sol y la Luna se suman y

la altura de la marea se encontraría dominada por la Luna siendo más altas

cuando la Luna se encuentre más cerca de la Tierra y más bajas cuando se

encuentre más lejos de la Tierra.


En el caso de que el Sol y la Luna formen un ángulo recto de 90º con

respecto a la Tierra se denomina marea muerta, esto debido a que las fuerzas

de atracción se contrarrestan, este fenómeno ocurre más frecuentemente en las

fases de cuarto creciente y cuarto menguante de la Luna.

La altura de la marea en cualquier lugar, está determinada por la forma de

la línea de la costa y la plataforma continental cercana. La presencia de

terrenos inclinados y bahías le da mucho más rango a las mareas que lo que se

ve en altamar. Un fenómeno generalmente desapercibido es que el aire y las

masas sólidas de la Tierra también se mueven hacia arriba y hacia abajo

debido a las fuerzas de marea. En la figura 2.2 se muestra una grafica de las

fases de la marea.

Figura 2.2 Fases de la marea.


2.2.4 Corrientes y Tormentas

En el océano, las bahías y las lagunas adyacentes, las corrientes se

producen cuando el agua de una zona se encuentra más alta que la de otra zona

próxima. El agua de la zona más alta fluye hacia la más baja, creando así una

corriente.

Algunas de las causas de estas diferencias de alturas en el mar se deben al

viento, la marea y a las corrientes que retornan hacia el mar desde la zona

costera.

El viento, al soplar sobre el agua superficial, crea una tensión sobre las

partículas de agua e inicia el movimiento de ellas en la dirección en la cual

está soplando, creándose de este modo una corriente superficial. Cuando una

corriente de estas características se dirige hacia la costa, el agua tiende a

apilarse contra ella, produciendo así una sobre elevación. Se ha comprobado

que durante tormentas violentas el viento puede elevar el nivel del mar en

varios metros.

2.2.5 Características de las playas

Una playa se caracteriza por las dimensiones medias de las partículas de

arena que la componen, por el rango y la distribución de las dimensiones de

dichas partículas, por la altura y por la pendiente de la ante playa y por la

pendiente general de la costa interior y la zona frontal de la playa.


Por lo general, cuanto mayor es el tamaño del grano que compone la

arena, mayor será la pendiente de la playa, en cambio, cuanto más fina es la

arena menor será la pendiente de la playa.

La energía de las mareas presenta un potencial muy grande para mejorar

el transporte, debido al desarrollo de puentes para automóviles y ferroviarios

sobre estuarios, y la reducción de las emisiones de gases que producen el

efecto invernadero, gracias a la utilización de la energía de las mareas en

reemplazo de los combustibles fósiles. Las mareas pueden proveer una base de

generación de energía para desplazar a los combustibles fósiles y a las

tecnologías contaminantes que dañan directamente el medio ambiente. Existen

problemas con los sistemas de mareas que utilizan grandes represas para su

generación, sin embargo existen otros métodos para generar energía a partir

de las mareas que no requieren este tipo de grandes construcciones.

2.2.6 El recurso

El Informe de la Energía Renovable Fuera de Costa Mundial 2002-2007

(World Offshore Renewable Energy Report 2002-2007), emitido en el Reino

Unido, señala que existía un estimado de 3000GW de energía de las mareas

disponible. Sin embargo, debido a la naturaleza de este recurso, la cantidad de

energía que se puede obtener de las mareas varía según la ubicación y el

momento. El cambio de rendimiento del flujo y el reflujo de cada día, también

pueden variar en un factor de aproximadamente cuatro a lo largo de un ciclo

de marea de primavera–marea muerta. De todas formas esta variabilidad es

altamente predecible tanto en el volumen como en el momento, debido a la

naturaleza de la física de las mareas.


2.2.7 El futuro de la energía de las mareas

El futuro de la energía de las mareas parece comenzar a brillar con el

desarrollo de tecnologías de generación de mareas que tienen poco impacto en

el medio ambiente, y que además tienen costos de capital más bajos y por lo

tanto menores costos de producción.

La energía de las mareas parece estar comenzando a ser una parte

importante del futuro de la energía sustentable.

2.3 Energía de las olas

Los vientos actúan sobre el agua del mar transmitiendo la energía y

poniéndola en movimiento, produciendo ondulaciones en las capas

superficiales, formando el oleaje que se observa en todas las aguas del mundo

y que desde el origen de los océanos ha golpeado las costas de los continentes.

Es difícil observar el movimiento ondulatorio claramente individualizado

de las olas, pero en alta mar, y sobre todo en ciertos días de calma, se ve como

la superficie es recorrida por una ondulación, que presenta elevaciones

llamadas crestas y depresiones denominadas valles. Estas crestas y valles se

propagan con regularidad, en líneas paralelas, que determinan el ascenso y

descenso de las embarcaciones, que se mueven con ritmo pausado y solemne.


Para estudiar a las olas y sus efectos, los investigadores han empleado

una terminología especial para los diversos elementos de que consta. Se llama

longitud de onda o de ola a la distancia que separa dos crestas consecutivas.

Altura de la ola es la distancia vertical que separa la cresta del valle (depresión

más baja de la ola), el peralte es la relación entre la altura y la longitud de la

ola, el período es el tiempo que separa el paso de dos crestas sucesivas delante

de un punto fijo, y la celeridad o velocidad de fase es el resultado de dividir la

longitud de onda entre el periodo.

En los estudios de oceanografía física se considera teóricamente a las olas

como una forma suave y simétrica que puede ser descrita aplicando el modelo

de propagación electromagnética, pero en el mar el oleaje presenta gran

diversidad en forma, tamaño e intensidad; sin embargo, para facilitar su

estudio se distinguen dos tipos principales de ondas o de olas, las libres y las

forzadas, u olas propiamente dichas, en la figura 2.3 se muestra las

características de una ola.

Figura 2.3 Características de una ola.


Toda la energía renovable (excepto la energía de las mareas y la

geotérmica), en última instancia viene del Sol. El Sol irradia

174,423,000,000,000 kw/hora de energía a la Tierra. Es decir, en una hora la

Tierra recibe 1.74 x 10^17 watts de energía.

Aproximadamente entre el 1 y el 2 por ciento, la energía que proviene del

sol es convertida en viento. Esa cantidad es de 50 a 100 veces más que la

energía convertida en biomasa por todas las plantas de la Tierra.

Las diferencias de temperatura conducen a la circulación de aire. Las

regiones alrededor de ecuador, de latitud 0°, son calentadas por el Sol más que

el resto del planeta. El aire caliente que es más ligero que el aire frío y se eleva

hasta alcanzar aproximadamente 10 kilómetros (6 millas) de altitud y se

separará en dos corrientes una se dirige hacia el norte y otra al sur. Si el globo

no rotara, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y al Polo Sur, bajaría, y

volvería al ecuador.

La ola libre, también llamada pura, se produce por causas ajenas a los

vientos, y el lugar donde se origina se localiza lejos del punto donde se

presenta, por lo que cubre áreas extensas del Océano.

En cambio, las olas forzadas o de gran longitud de onda son causadas por

intensas depresiones atmosféricas acompañadas de vientos activos, y se

localizan en un sector reducido del mar.


Las olas hacen que la superficie del Océano presente características

extremadamente ordenadas, y no se debe confundir a las olas libres, que son

raras, con las olas forzadas o formadas en un lugar determinado por la acción

de un viento local.

Las olas libres se originan en sitios bien definidos y recorren la superficie

marina produciendo movimientos ondulatorios que no presentan periodicidad.

Por ejemplo, se considera que el oleaje que llega a la costa occidental de

Marruecos surge en la región de las Islas Azores; allí, por la acción de los

vientos de gran violencia y duración, se forman enormes olas piramidales que

sacuden la masa líquida y propagan la ondulación resultante a enormes

distancias y a una velocidad considerable en forma de olas libres. Se ha

calculado que una ola inicial de 150 metros de longitud tarda 30 horas en ir de

las Azores a Marruecos.

Actualmente, el lugar en donde se considera que las olas libres alcanzan

su mayor altura es en el Océano Antártico, donde se producen olas de 30

metros, mientras que las olas más altas que se han observado en el Atlántico

no rebasan los 20 metros; siendo aún más bajas en el Pacífico. En el

Mediterráneo no exceden de los 8 metros y en el Océano Índico apenas si se

producen durante el verano olas de 2.5 metros de altura, pero como la longitud

de ellas es, por lo general, muy corta, resultan molestas para la navegación.

Entre las causas que originan este tipo de olas se encuentran las

perturbaciones sísmicas submarinas, como deslizamientos, que producen una

onda solitaria de pequeña amplitud, más o menos de un metro de altura, pero

de gran longitud de onda. En alta mar estas ondas son prácticamente


inapreciables, aunque su velocidad puede alcanzar los 80 kilómetros por hora;

pero cuando llegan y chocan con el litoral, invaden más allá de la costa,

provocando destrucciones considerables. A este fenómeno se le conocía como

"ola de marea" o "marejada alta", pero actualmente los estudiosos lo designan

con el término japonés de Tsunami (de Tsu: puerto, y Nami: ola).

Al llegar estas olas a la costa, su altura se incrementa tanto que alcanzan

varias decenas de metros como, por ejemplo, en Hawai, donde han llegado a

medir 15 metros, o en las costas de Chile y Perú, que forman olas de 40

metros. La ola más alta de las que se tiene noticia fue una de 70 metros,

registrada en Cabo Aopatka, en la península de Kamchatka, en el año de 1737.

Los tsunamis no guardan relación alguna con las mareas o las tempestades

y se producen siempre en ciertas zonas del Océano, principalmente en el

Pacífico, por ser ésta la región donde se presentan los terremotos marinos. El

proceso es siempre el mismo, en algún lugar del gran océano se origina un

maremoto y, por causa del fuerte temblor que sacude el fondo, las aguas se

retiran provisionalmente de las costas, para volver, poco después, en forma de

una gran ola.

Las grandes mareas sísmicas que se producen ocasionalmente en el

Pacífico recorren enormes distancias antes de llegar a regiones de aguas poco

profundas, donde originan olas de gran altura que producen auténticos

estragos en las costas sobre las que llegan.


Por ejemplo, en el verano de 1957, un maremoto sacudió la región del

Pacífico en donde se encuentra la Isla de Oahu, del archipiélago de las Hawái;

poco después, miles de personas acudieron a la playa de Honolulú para

observar un extraño fenómeno natural, hasta donde llegaba la vista, todos los

arrecifes coralinos habían quedado al descubierto al retirarse de repente el mar

a varios kilómetros de la costa; poco después llegó impetuosa una gran ola que

causó graves daños, arrastrando casas enteras, y que costó la vida a numerosas

personas.

Algunos de estos maremotos han sido particularmente devastadores. Uno

de los más notorios es el del terremoto de Lisboa, aparecido el día primero de

noviembre de 1755. Una ola de 12 metros de altura barrió la orilla y causó un

total de más de 60000 víctimas y cuando el tsunami llegó a las costas de las

Antillas, en la otra orilla del Atlántico, sus olas tenían la mitad de la altura

inicial.

En relación con el otro tipo de olas, las forzadas, también consideradas

como olas comunes, se observa que éstas producen cambios en la superficie

del mar conforme se acentúa la acción de los vientos que las forman,

aumentando su altura en 30 centímetros por cada 1.6 kilómetros (1 milla) por

hora que tiene el viento de velocidad, en la tabla 2.1 se muestra la relación que

hay entre el oleaje y la velocidad del viento.


Tabla 2.1 Relación entre el oleaje y la velocidad del viento.

Oleaje

Viento

Velocidad

(m/seg)

Liso Tranquilo 0 - 0.5

Rizado Brisa leve 1.5 - 3.5

Suave Brisa suave 3.5 - 5.5

Leve Brisa moderada 5.5 - 8.0

Moderado Brisa fresca 8.0 - 10.5

Fuerte Ventarrón 12.0 - 20.0

Borrascoso Tormenta 25.0 - 30.0

Excepcionalmente

Borrascoso Huracán 35.0 a +

Generalmente, el mar presenta por las mañanas una superficie tersa y por

esto se le llama mar llana o mar calma, pero al presentarse la brisa se produce

una fina rizadura en la superficie, formada por diminutas olas, que la

convierten en mar rizada.

El periodo de tales olas es muy débil. La velocidad del viento es superior

a la de las olas y así, resulta que éstas disipan la energía creada.

Si el viento aprieta, los rizos se convierten en olas pequeñas, cuya

longitud y altura aumentan también. Si sigue incrementándose la velocidad del

viento, la altura de las olas crece más rápidamente de lo que permite su

longitud, y entonces la cresta se cubre de espuma antes de que caiga la ola.


Al disminuir el viento, la agitación del mar subsiste durante cierto tiempo,

produciendo un oleaje cuya importancia y extensión dependen de la velocidad

y la duración que tuvo el viento que originó el fenómeno.

Son raras las olas cuya configuración depende, exclusivamente, de un

viento que sople siempre en la misma dirección. Los vientos reinantes en los

océanos suelen proceder de varias direcciones y originan olas de diferentes

tamaños, que pueden amortiguarse o sumar sus energías y formar olas todavía

mayores, produciendo una turbulencia en las aguas llamada marejada o mar

gruesa.

Así, las formas en que se presentan las olas comunes en los mares son

muy diversas, por lo que se hizo y se adoptó una clasificación internacional de

las olas como se muestra en la tabla 2.2, creada por el vicealmirante inglés sir

Perey Douglas (1876-1939).


Tabla 2.2 Clasificación internacional de las olas.

Mar número

Denominación

del mar

Altura de las olas

(en metros)

0 Calma 0

1 Rizada 0 — 0.1

2 Marejadilla 0.1 — 0.5

3 Marejada 0.5 — 1.25

4 Marejada fuerte 1.25 — 2.5

5 Mar gruesa 2.5 — 4.0

6 Mar muy gruesa 4.0 — 6.0

7 Arbolada 6.0 — 9.0

8 Montañosa 9.0 — 14.0

9 Enorme Mayor que 14

Las olas no sólo presentan movimiento en la superficie del mar, sino que

cada una de ellas está dotada de un desplazamiento interno, en virtud del cual

las partículas de agua que la forman describen un círculo y, debido a esto, el

transporte de energía por la ola afecta igualmente a la superficie y a otras

capas más profundas.

La ola tiene, en consecuencia, lo que se llamaría el "calado de la ola", y

cuando llega a aguas cuya profundidad es menor que la distancia existente

entre dos crestas, el fondo la va frenando de abajo hacia arriba. En las olas

siguientes las distancias entre crestas se van reduciendo progresivamente; la

cima de la ola avanza a mayor velocidad que la base, formando una especie de

muralla verde, transparente y con gran cantidad de espuma en su parte

superior, y es entonces cuando la ola rompe sobre la playa.


Antes de desplomarse la cresta de la ola forma un rizo y se convierte en

un túnel de agua, casi transparente, que dura fracciones de segundo; el aire que

se encuentra en el interior del túnel se comprime y luego se expande, con lo

que produce frecuentemente un estruendo denominado el "rugir" de la

rompiente como se muestra en la figura 2.4.

Figura 2.4 Energía producida por las olas y las corrientes.

La energía de las olas tiene un gran potencial, ya que lograría mayores

rendimientos que la energía de las mareas. La energía potencial de las olas es

vasta y puede ser explotada en muchas regiones. Los países con largas líneas

costeras y fuertes vientos persistentes pueden producir cinco por ciento, o más

de su electricidad a través de la energía de las olas.


Capítulo 3

Diseño de la Central Maremotriz

3.1 Aspectos referentes a la construcción

La construcción de una presa en un estuario es un trabajo muy

complicado debido a la acción de la corriente de las olas y las mareas. El

desarrollo de un proyecto maremotriz se debe llevar a cabo por comodidad y

economía en un lugar donde la construcción de la presa sea lo más corta

posible con el fin de disminuir los costos.

La parte de ingeniería civil para un proyecto de generación maremotriz es

un trabajo bastante complejo y requiere de un minucioso estudio de

factibilidad para determinar los parámetros de construcción más adecuados.

Todos los equipos de control y maquinaria se deben localizar dentro de la

estructura de la central y estar totalmente protegidos de la salinidad del agua

del mar.


3.2 Condiciones para la construcción de la represa

Para iniciar un proyecto de este tipo se deben tener en cuenta algunas

condiciones naturales necesarias para la construcción de una central de

generación de energía maremotriz, esas condiciones son.

- Que exista un accidente hidrográfico denominado estuario que es la

(desembocadura del río en el mar, e influencia del mar en el río por marea

alta).

- Amplitud de 5 metros, cuando nos referirnos a la amplitud, hablamos de

la diferencia entre la marea alta y la marea baja.

- La velocidad de marea, se requiere una velocidad mínima de cuatro

metros por segundo (4m/s), para hacer girar las turbinas de los generadores.

- Es necesario un caudal continuo y abundante para aprovechar a pleno este

tipo de generación.

3.3 Parámetros

Entre los parámetros característicos de los equipos empleados en una

central maremotriz, destacan los siguientes:

a) La elección del diámetro del rodete y dimensiones de la obra civil de la

instalación.

b) Las alturas netas tienen que ser iguales a la altura mínima necesaria para

obtener la potencia nominal, teniendo que satisfacer incluso a las pequeñas

mareas.


Como las amplitudes necesarias para las turbinas está entre 13 y 18

metros, con bajas alturas la carga influye notoriamente sobre la generación de

energía; las posibles soluciones a este problema son:

a) La utilización de un multiplicador de velocidad colocado entre el

rodete y el alternador, que le permita girar más rápido.

b) El funcionamiento de los grupos a velocidad variable utilizando

convertidores estáticos de frecuencia a potencia total o a potencia nominal,

permitiendo el desembrague automático del alternador cuando la velocidad

pase de un umbral prefijado, limitando la velocidad de embalamiento del

alternador.

3.4 Estuarios

Los cuerpos de agua en donde desemboca un río al mar y donde las

mareas actúan como regulador biofísico, son denominados estuarios.

Presentan una salinidad intermedia y una alta productividad, tanto primaria

como secundaria, en muchos casos por la entrada de nutrientes y otros

elementos aportados por los sistemas acuáticos y marinos. Los estuarios

suelen formar una cuenca semicerrada en contacto con el mar abierto, en la

cual el agua dulce de los ríos alcanza a contener cantidades mesurables de sal

marina.

Características de los estuarios son la variabilidad de las condiciones

físicas (iluminación, temperatura, turbidez, pH, corriente), químicas (oxígeno

disuelto, minerales, residuos industriales, etc.) y biológicas (densidad de las


poblaciones, presencia de plancton y necton inconstantes, etc.), los que en su

conjunto presentan cambios en cuanto a su distribución espacial y temporal.

Los estuarios se comportan como cubetas mezcladas del agua de los ríos,

sirviendo de residencia a una gran variedad de especies.

La forma y tamaño de los estuarios depende en gran parte del caudal de

los ríos, el nivel de las mareas y la geología del terreno. Podemos tener varios

tipos de estuarios:

a) Un estuario de cuña salina o estuario positivo, donde el agua dulce

forma una capa que corre hacia el mar por encima del agua salada.

b) Otro tipo de estuario, ubicado en los sitios de grandes mareas y ríos

de escaso caudal, siendo casi dulce el agua de la cabecera que se va y más

salada cuanto más cerca esté de la desembocadura.

3.5 Consideraciones ambientales

La alteración del régimen hidrodinámico implica una menor dispersión

de afluentes, lo que influye en el transporte de sedimentos.

La amplitud de la marea en el estuario influye en el medio ambiente; una

central maremotriz puede reducir la máxima marea viva en un 50%.


Para determinar los cambios físicos que se pueden ocasionar en un

estuario debido al desarrollo de un proyecto de generación de energía

maremotriz, se deben tener en cuenta algunos parámetros específicos como

son:

- Distribuciones de la salinidad.

- Turbidez.

- Corrientes contaminantes.

- Nutrientes.

La obstaculización del paso de la luz solar a las aguas del estuario, afecta

de manera negativa la vida natural en el estuario.

3.6 Tendencias de desarrollo

Las nuevas tendencias para desarrollar estos aprovechamientos

energéticos están influenciadas por algunos aspectos que han ido surgiendo

en los últimos años, relacionados, por ejemplo, con el propio entorno de la

central, que tiene que permitir combinar la energía maremotriz con otras

tecnologías de generación energética, como la hidroeléctrica, térmica, eólica,

etc. Hay que tener en cuenta que muchos de los mejores emplazamientos

están muy alejados de los centros de consumo, lo que obligaría a transportar

la energía producida a considerables distancias. En esta situación el transporte

en corriente continua en alta tensión ofrecería unas prestaciones notables

hasta 10,000 km con pérdidas del 3% cada 1,000 km, lo que permitiría

conectar la energía de las mareas generada en emplazamientos remotos en

las redes eléctricas principales.


3.7 Aspectos económicos

Uno de los aspectos económicos que destaca es el elevado costo del

KW instalado. Aparte los factores que inciden negativamente en el costo de

la central son la propia obra civil de construcción del dique, que supone

más de la mitad del costo de la central, con lo que la elección de un lugar

adecuado que permita un ahorro en infraestructura, compatible con una buena

amplitud de marea. A esto hay que añadir la larga duración del proceso

constructivo de la central, entre 5 y 15 años en el caso más favorable, y el

bajo factor de carga estacional, entre el 22% y el 35%, debido a las

variaciones de la amplitud de la marea, (mareas vivas y muertas).

Entre los factores que inciden positivamente hay que citar el bajo costo

de operación y mantenimiento, inferior al 0.5% y la alta disponibilidad,

superior al 95%, que está relacionada con el elevado número de grupos. Es

importante el tener presentes otros efectos distintos de los energéticos, que

pueden mejorar el entorno y la viabilidad de un proyecto de esta naturaleza.

3.8 Ciclos de funcionamiento de las centrales maremotrices

Los ejemplos más claros de viabilidad económica a nivel mundial y que

ofrecen los mejores resultados para el diseño y proyecto de una central

maremotriz están basados en el almacenamiento de agua en el embalse que se

forma al construir un dique, con compuertas y turbinas, en una bahía, río o

estuario. El agua que proporciona el río prácticamente no interviene en la

generación de energía.


3.8.1 Ciclo de simple efecto

Posee un sólo embalse y puede funcionar de una de las siguientes

maneras:

- Generación durante el reflujo de la marea, (bajamar).

- Generación durante el flujo, (pleamar).

En la figura 3.1 se muestra un corte de la ubicación de turbinas,

compuertas y dique de una central maremotriz de efecto simple.

Figura 3.1 Ciclo de simple efecto embalse único.

Durante el vaciado del embalse se realiza lo siguiente:

a) Se llena el embalse al subir la marea.

b) Al bajar la marea se cierran las compuertas para lograr una diferencia de

nivel adecuada entre el mar y el embalse.

c) Luego de aproximadamente 6 horas se hace pasar el agua por las turbinas

para generar energía eléctrica.


En la gráfica de la figura 3.2 se ilustra el comportamiento del vaciado del

embalse respecto al tiempo en una planta de ciclo simple.

Figura 3.2 Ciclo de simple efecto durante el vaciado del embalse.

En la figura 3.2 se tiene el nivel del embalse y el nivel del mar, y se tiene

que el llenado del embalse se hace en 3 horas que es cuando el nivel del mar

sube o esta alto, después pasan otras 3 horas de espera o bombeo para después

en las próximas 4 horas se hacen trabajar las turbinas y por ultimo en un poco

mas de 1 hora vuelve a quedar en espera, para después repetir el mismo ciclo.

Todo este proceso dura aproximadamente 12 horas.

Así mismo, el comportamiento de una planta de este tipo durante el

llenado del embalse en un ciclo de simple efecto se muestra en la figura 3.3.


Figura 3.3 Ciclo de simple efecto durante el llenado del embalse.

En la figura 3.3 se tiene el nivel de marea y el nivel del embalse, el

funcionamiento de llenado se lleva a cabo en 4 horas para después en poco más

de 4 horas, se tiene el vaciado y luego se tiene 3 horas de espera o bombeo y

finalmente se vuelve a repetir el mismo proceso. El funcionamiento se lleva en

aproximadamente 12 horas.

3.8.2 Ciclo de doble efecto con turbinas reversibles

Se puede generar energía en doble sentido, es decir, tanto en el llenado

como en el vaciado del embalse.

Se pueden utilizar dos tipos de turbinas:

a) Reversibles

b) No reversibles, con un sistema de canales y compuertas; es un

procedimiento complejo y caro.


La figura 3.4 muestra un corte transversal de una central maremotriz de

ciclo de doble efecto.

Figura 3.4 Embalse con turbinas de doble efecto.

La energía utilizable es menor debido a que las diferencias de niveles

entre el embalse y el mar son menores que en los ciclos de simple efecto,

reduciéndose el rango de variación del nivel embalsado, y disminuyendo

también el rendimiento al no ser posible optimizar las turbinas y el caudal,

pero aún así el factor de utilización de la central es mayor, lo que proporciona

un 18% más de energía que en los casos de simple efecto.

El comportamiento en el tiempo de llenado y vaciado del embalse se

ilustra en la figura 3.5.


Figura 3.5 Ciclo de doble efecto.

En la figura 3.5 donde el ciclo es de doble efecto, primero se tienen las

compuertas cerradas que es cuando comienza a subir la marea, después hay un

lapso de tiempo en el que sigue subiendo la marea; luego se mantiene en

espera la central, y ya que la marea esta mas alta comienza el funcionamiento

de las turbinas y la generación, después llega la marea al punto de llenado en

el que hay dos pasos simultáneos en el que se abren y cierran las compuertas

para después quedar en espera y, en el vaciado volver a generar, finalmente se

abren las compuertas y se repite el mismo procedimiento cuando sube y baja

la marea.


3.8.3 Ciclos de acumulación por bombeo

Se genera energía con ambas mareas utilizando un sistema de

almacenamiento por bombeo, lo que obliga a utilizar turbinas que a su vez

funcionen como bombas accionadas por alternadores.

Con este sistema se mejora el nivel de generación proporcionando mayor

eficiencia y mejor rentabilidad aumentando en al menos un 10% la energía

generada. La gráfica de la figura 3.6 muestra el comportamiento del ciclo de

acumulación por bombeo.

Figura 3.6 Ciclo de acumulación por bombeo.


En la figura 3.6 se tiene el ciclo de acumulación por bombeo en la cual se

tiene gráficamente como en aproximadamente 5 horas trabaja la turbina que es

cuando pasa el agua del embalse al mar, después hay un lapso de

aproximadamente 2 horas en la que se realiza el bombeo, que es cuando el

agua se pasa del mar al embalse, después en otras 5 horas aproximadas

vuelven a trabajar las turbinas y llega al nivel de energía máxima para

finalmente empezar otra vez con el bombeo mar embalse. Este ciclo tiene

tiempos en los que no trabajan las turbinas ni las bombas y todo el ciclo se

lleva en 12 horas aproximadamente.

3.9 Unidades Turbogeneradoras

Las unidades desarrolladas para ser usadas en estos aprovechamientos

tienen su origen en la turbina convencional de eje vertical o tipo Kaplan, ya

que el hecho de tener sus álabes móviles permite dar el ángulo de ataque del

chorro de agua más conveniente según sea la cabeza disponible.

Este tipo de unidades trabajan con turbinas de flujo axial que se utilizan

en saltos de muy poca altura y presentan mayor eficiencia.


3.10 Unidades tipo Bulbo

A partir de una serie de trabajos de investigación se desarrollaron los

grupos tipo Bulbo, creados para trabajar en lugares de grandes caudales, en

1993 se inauguraron los primeros dos grupos de flujo axial.

El flujo axial aporta una serie de ventajas, como:

a) Mayor aumento del caudal específico, y de la potencia específica.

b) La disminución de pérdidas de carga a la entrada y salida lo que implica

una mejora en el rendimiento.

c) Mejora el fenómeno de cavitación debido a las condiciones del flujo que

aumenta la velocidad de rotación.

d) Reducción del volumen de la obra civil, así como el costo de las obras.

3.10.1 Los pequeños y medios Bulbos

Los grupos Bulbo son muy utilizados en minicentrales hidráulicas

aprovechando saltos pequeños con caudales relativamente pequeños; se

pueden presentar tres tipos de disposiciones en función de las condiciones

locales, como grupos en sifón, en cámara de agua y en conducto.

3.11 Los grupos en sifón

Se emplean para saltos de 1.5 a 3 metros con caudales del orden de

15m³/s, estando sus potencias entre 50 y 300 kW. En la figura 3.7 se muestra

el grupo sifón con aspirador a la salida y con alternador sumergido en el

exterior del sifón.


Figura 3.7 Grupo con sifón-aspirador a la salida

3.11.1 Los grupos en cámara abierta

Se utiliza en caudales de 10 a 15 m³/s, aunque ocasionalmente puede

llegar a los 28 m³/s. El bulbo se encuentra inmerso en el agua de tal forma que

ataca directamente al distribuidor y al rodete. En la figura 3.8 se muestra la

turbina bulbo con cámara abierta instalada en un dique.


Figura 3.8 Turbina Bulbo moderna con cámara abierta instalada en un dique.

3.11.2 Diseño de los grupos Bulbo

La búsqueda de turbo-máquinas que funcionen como turbina y como

bomba, en ambos sentidos, con conductos hidráulicos de formas simples y

económicos, tendientes a mejorar la rentabilidad de las mini centrales

hidráulicas y las centrales maremotrices, condujo a la puesta a punto de los

grupos Bulbo; para ello se han utilizado turbinas axiales, que requieren

conductos hidráulicos de formas simples y dimensiones reducidas, que

permiten un aumento de la potencia específica y una reducción del costo de la

obra civil.


3.11.3 Trazado hidráulico de los grupos Bulbo

La función de los grupos Bulbo es aumentar la potencia específica

mediante el aumento de la velocidad específica. En pruebas realizadas se

observa que las pérdidas de carga más importantes se presentan a la entrada y

la salida del grupo.

Los conductos hidráulicos de los grupos Bulbo son menos complicados

que los de las turbinas Kaplan, y llegan a tener pérdidas relativamente poco

importantes, por que se pueden conseguir con los grupos Bulbo mayores

potencias específicas, para un salto hidráulico dado.

3.11.4 El tubo de aspiración

La importancia del tubo de aspiración se fundamenta en que logra que la

energía cinética a la salida de la rueda alcanza un valor próximo a la energía

total del salto.

En la figura 3.8 podemos observar la comparación de pérdidas de un

grupo Bulbo y un grupo Kaplan, observando que las pérdidas crecen más

rápidamente para valores superiores al ángulo óptimo que para valores

inferiores.


Figura 3.9 Pérdida de carga en algunos tipos de tubo de aspiración de turbinas

Bulbo y Kaplan.

3.12 Conductos

Las pérdidas de carga en los conductos de los grupos Bulbo y Kaplan,

son comparables; sin embargo, las dimensiones de los conductos aguas arriba

del distribuidor del grupo Bulbo son más pequeñas que las de la Kaplan. Una

limitación de las dimensiones de los conductos aguas arriba, permite

disminuir la anchura del dique y alojar el conjunto del grupo entre paredes

planas, verticales y paralelas, obteniéndose así una mejora en la potencia para

una anchura de central dada. Estas disposiciones de conjunto exigen también

que el diámetro del Bulbo y, por lo tanto, el del estator del alternador sea

inferior al diámetro del rodete, por lo que el futuro desarrollo de estas

máquinas se encuentra condicionado por la posibilidad de construir


alternadores de diámetro reducido, que sería muy importante para los grupos

de turbinas que funcionen en los dos sentidos, aunque esta situación después

de la experiencia de la Rance, que prácticamente no funciona con las turbinas

trabajando de manera inversa, salvo con mareas muy vivas, queda un poco en

el aire.

En los grupos Bulbo con sólo un apoyo aguas arriba, la relación entre los

diámetros de entrada y del rodete es del orden de 0.8 a 0.9. Si tenemos grupos

de 7.5 a 8 m de diámetro esta relación aumenta hasta 1.2 ó 1.3 por facilidad

para su construcción y montaje.

3.13 Cavitación

Los grupos Bulbo se consideran turbinas alimentadas por saltos variables

y en estas condiciones se produce el fenómeno de cavitación, por razones

económicas se debe adoptar un diseño que garantice la máquina contra todo

efecto de cavitación. Con los datos obtenidos al analizar el fenómeno de

cavitación se puede realizar el trazado de las palas del grupo.

3.14 Central maremotriz de la Rance

Una de las primeras y más grandes centrales de generación de energía

maremotriz es la de la central de la Rance, ubicada en Francia donde la

amplitud de la marea puede alcanzar los 13.5 metros de altura, una de las más

altas del mundo.


Esta central fue terminada en 1967, funciona con un ciclo de doble efecto

con acumulación por bombeo, tiene un dique de 700 metros de largo, 24

metros de ancho y 27 metros de alto, 6 compuertas de 15 metros de longitud y

10 metros de altura con una esclusa que comunica el mar con el estuario, lo

cual se muestra en las figuras 3.10 y 3.11.

Figura 3.10 Dique de la central maremotriz De La Rance.

Figura 3.11 Características del dique de la central maremotriz de la Rance.


Presenta un embalse con una superficie de 20 km² y una capacidad de

embalsamiento de 186 millones de m³ entre pleamar y bajamar, tiene 24

turbinas Bulbo axiales de 24 MW que funcionan en doble sentido y un

alternador de 64 polos alojados en el interior del bulbo, se regula mediante un

distribuidor de 24 álabes directrices que dirigen el agua hacia los álabes

también orientables del rodete para mayor rendimiento. La ubicación y el

entorno de la central se indica en la figura 3.12.

Figura 3.12 Entorno de la central de la Rance.

3.14.1 Ciclo de utilización

A continuación se describe el ciclo de utilización doble aprovechada por

la central de la Rance. Como se pude observar el ciclo es de doble efecto

debido a que se genera tanto en pleamar como en bajamar.


a) En el primer período es de espera, en este instante se espera que se eleve

la marea para comenzar a llenar el estuario con una diferencia de altura entre

mar - estuario significativa para lograr una generación.

b) Los dos períodos responden a la generación y llenado donde el estuario

está en menor nivel y el nivel de marea está cercano a su máximo, en estos

casos el agua circula desde el mar al estuario generando energía.

c) Tras generar energía el estuario eleva considerablemente su nivel por lo

cual la cota entre nivel de marea y estuario es muy pequeña obteniendo por

ende una potencia insignificante por lo cual este período es utilizado

solamente para terminar de llenar el estuario.

d) En este ciclo se produce la espera del descenso de la marea para poder

obtener una diferencia entre el nivel de la marea y del estuario (lleno), además

se puede también recurrir al bombeado para obtener un aumento del nivel del

estuario.

e) Después de la espera, se libera el agua contenida por el estuario

descendiendo su nivel y generando de esta forma energía.

f) En este caso se produce el vaciado del estuario para poder aprovechar

nuevamente la acción de la marea alta (pleamar).

g) Similar al ciclo (a) debido a que espera un nivel casi máximo de pleamar

para abrir el paso del agua a través de las turbinas aunque puede realizar un

proceso de bombeado para aumentar el nivel del estuario durante la espera.

3.14.2 Turbinas de doble paso (two-way turbines)

Solamente cuando la marea bajaba, podía utilizarse la diferencia de altura

existente al estar cargado el río. Con lo que, con el fin de lograr una mayor

efectividad en los costos, la central maremotriz de la Rance es capaz de


generar en ambos momentos cuando el estuario está lleno y cuando este está

vacío.

Entonces, Electricité de Francia desarrolló un nuevo tipo de turbina, ¨bulb

sets¨ (también conocidas como turbinas axiales) capaces de operar en ambas

direcciones. Estas, están constituidas de una turbina Kaplan conectada a un

generador.

Herméticamente protegido, todo el conjunto electromecánico puede ser

totalmente sumergido en el conducto de agua. Las hojas de la turbina pueden

cambiar la dirección de acuerdo a la dirección de la corriente. Los 24 Bulbos

en la Rance tienen grandes resultados técnicos, 5.3 m de diámetro, 470

toneladas de peso y una capacidad por unidad de 10MW.

Para incrementar el tiempo en la planta de energía, los Bulbos fueron

designados para usarse como bombas, de este modo cuando el mar casi

alcanza el nivel de reserva, la fase de llenado es acelerada con el bombeado.

3.14.3 Características de las turbinas

La planta de energía está ubicada con 24 idénticas unidades de

generación de 10 MW cada una, estas unidades, las cuales son de tipo Bulbo

sumergido.


3.14.4 Características técnicas

- Potencia instalada: 240 MW

- Producción anual: 544 millones de KWH.

Turbinas:

- Tipo Kaplan horizontal, distribuidor cónico.

- Diámetro 5.35 metros.

- Número de hojas: 4

- Inclinación variable de las hojas de -5º a 35º

Alternadores:

- Síncrono

- Velocidad normal de rotación: 93.75 R.P.M.

- Máxima velocidad: 240 R.P.M.

- Salida de tensión: 3.5 KV

- Refrigeración por aire comprimido 28.44 psi

Auxiliares:

La alternativa de servicios son alimentados desde dos transformadores

5MVA- 6KV/5.5KV conectados a través de un conductor entre Dinard y

Saint-Maló. Una red de energía de 5.5 KV, distribuida a una serie de 8

estaciones sub transformadoras 5500V / 380V.


Dos generadores Diesel 600KVA se encienden automáticamente para

proveer energía auxiliar sobre la red de 63 KV, en caso de una falla de la

central.

3.14.5 Estadísticas

Las estadísticas de esta central son:

- 140,000 horas de generación.

- 400,000 visitantes por año.

- Más de 17,000 botes pasan a través de la esclusa de navegación cada año.

- 25,000 a 35,000 autos pasan cada día por el camino construido sobre el

dique.


Capítulo 4

Prototipo de una Central Maremotriz

4.1 Objetivo del proyecto de la central maremotriz

Se tiene estimado construir un prototipo de una central maremotriz

simulando dos tanques de agua unidos por un canal, en el cual se aproveche el

movimiento del agua para hacer girar una turbina que está unida al eje de un

motor el cual va a generar electricidad por medio del movimiento de la

turbina.

En la figura 4.1 se muestra un entorno del funcionamiento de la central

maremotriz de la Rance, en la cual se tiene un dique y una turbina que forma

un canal que separa el nivel de marea alta con el nivel de marea baja por el

cual fluye el agua que hace girar la turbina, este principio básico de

funcionamiento es en el que se basa el prototipo de la central maremotriz que

se muestra más adelante.


Figura 4.1 Entorno de la central de la Rance.

4.2 Equipo para la construcción de la central maremotriz

Se tiene un tanque de agua que simula el nivel de marea alta, el cual tiene

una altura de la base a la salida del agua de 2.5 centímetros, 30 centímetros de

altura del tanque, 21 centímetros de la base visto por la parte lateral y 15

centímetros de la base visto por la parte frontal, con una capacidad

aproximada de 10 litros, en la figura 4.2 se muestra el tanque de agua que

simula el nivel de marea alta.

Figura 4.2 Tanque de agua que simula el nivel de marea alta.


En la figura 4.3 se muestra el tanque de agua que simula el nivel de

marea baja, el cual tiene las mismas medidas y capacidad del tanque de agua

de la figura 4.2, con la única diferencia, la altura de la entrada de agua que

mide 16 centímetros.

Figura 4.3 Tanque de agua que simula el nivel de marea baja.

En la figura 4.4 se muestra la base que eleva al tanque de la figura 4.2

para que simule el nivel de marea alta. Esta base mide 16 centímetros de alto y

23 centímetros de ancho.

Figura 4.4 Base del tanque que ayuda a simular el nivel de marea alta.


En la figura 4.5 se muestra la pieza y la turbina que simulan el canal de

agua que se muestra en la figura 4.1, el tubo de acrílico mide 20 centímetros

de largo y 8 centímetros de diámetro, la turbina es un eje con aspas que

atraviesa el tubo para aprovechar el acoplamiento del eje de la turbina con el

eje del motor.

Figura 4.5 Pieza y turbina que simulan el canal de agua.

En la figura 4.6 se muestra el motor de corriente directa de 1.5 volts con

una base que mide 22 centímetros de alto que sirve para montar el motor al eje

de la turbina.

Figura 4.6 Motor de corriente directa.


En la figura 4.7 se muestra el dispositivo de medición, el cual da la

lectura del voltaje generado del prototipo de la central maremotriz una vez

puesta en funcionamiento.

Figura 4.7 Dispositivo de medición.

En la figura 4.8 se muestra el prototipo de la central maremotriz, con la

base y el tanque que simula el nivel de marea alta, el tanque que simula el

nivel de marea baja, la pieza y turbina que simulan el canal de agua, el

generador y el dispositivo de medición.

Figura 4.8 Prototipo de la central maremotriz.


4.3 Funcionamiento del prototipo

El funcionamiento del prototipo de la central maremotriz se muestra en la

figura 4.9, se basa en el llenado del tanque que simula el nivel de marea alta

para después continuar con el escape de agua que circula por la pieza de

acrílico que simula el canal de agua, después el flujo de agua mueve la turbina

que a su vez transmite el movimiento del eje de la turbina al eje del generador,

dando finalmente una lectura de generación de 33.3 mVolts.

Figura 4.9 Operación del prototipo de la central maremotriz

Este es el mayor voltaje generado en el prototipo de la central maremotriz,

es cuando se genera la mayor presión de agua en la turbina y por las

características del generador que es un motor de corriente directa de 1.5 volts

y con dimensiones pequeñas, permite una mayor tracción del eje de la turbina

al eje del motor por lo que el voltaje generado es adecuado.


En la figura 4.10 se muestra el funcionamiento de la turbina con el

generador y el dispositivo de medición, el cual da un voltaje menor que la

prueba de la figura 4.9 por que hay una menor presión en la turbina ya que

tiene más tiempo trabajando comparada con la prueba anterior.

Figura 4.10 Funcionamiento de la turbina con el generador.


4.4 Modelado y simulación del prototipo

Un modelo con fines de obtener su representación matemática se muestra

en la figura 4.11.

Figura 4.11 Diagrama del prototipo con fines de obtener su representación

matemática.

En el diagrama de la figura 4.11, como primer paso se tiene una entrada

del flujo de agua que llega a una válvula que se representa en el diagrama con

la variable R1, después sigue el flujo de agua hasta llegar a la turbina para

moverla y generar un par, después pasa el flujo de agua por la turbina y sigue

hasta llegar a una válvula representada con la variable R2, y de ahí continua el


flujo de agua hasta llegar al estanque, que se representa con la variable C1. El

eje de la turbina va acoplado al eje del motor en donde simultáneamente se

genera un par cuando pasa el flujo de agua por la turbina, y entre el eje de la

turbina y el eje del motor se tienen dos variables, una variable b que representa

las pérdidas por fricción y acoplamiento, y en seguida se tiene una variable j

que representa el movimiento de inercia del motor y finalmente se tiene el

devanado de campo en la que se representa con las variables, La que es una

bobina, Ra que representa una resistencia y Rc representa una resistencia de

carga.

En la figura 4.12 se ilustra un circuito equivalente de la figura 4.11.

Figura 4.12 circuito equivalente de la figura 4.11.

2 1V t f (4.1)

donde:

t es la relación del caudal aplicado a la turbina con el par de salida de la

turbina.

f1 es una fuente de corriente, representa el nivel del caudal que entra a la

turbina.


2 3V Vb Vj V (4.2)

La ecuación (4.2) representa la ley de kirchofft de voltajes, la cual representa

las pérdidas por fricción y acoplamiento, más el momento de inercia del

motor.

3 3V n i (4.3)

donde:

n relaciona el par de la turbina con la corriente generada.

i3 es la corriente que circula en el motor.

2Vb b i (4.4)

donde:

Vb es el voltaje en Rb.

b es la resistencia en Rb.

i2 es la corriente que circula en el circuito 2.

2diVj j

dt (4.5)

Vj es el voltaje en la bobina j y está representada la ecuación diferencial.

22 3 1

dij b i n i t f

dt (4.6)

Se sustituye de las ecuaciones (4.1), (4. 3), (4.4) y (4.5) en la ecuación (4.2)

para tener la ecuación (4.6).


4V VRa VLa VRc (4.7)

V4 representa la ley de kirchofft de voltajes en donde se suman las caídas de

voltaje en el circuito 3.

3VRa Ra i (4.8)

VRa es el voltaje en la resistencia Ra del circuito 3.

3diVLa La

dt (4.9)

VLa es el voltaje en la bobina La y está representada la ecuación diferencial.

3VRc Rc i (4.10)

VRc es el voltaje en la resistencia Rc.

4 2V n i (4.11)

V4 es el voltaje del circuito 3.

n relaciona el par de la turbina con la corriente generada.

i2 es la corriente del circuito 2.

33 3 2

diRa i La Rc i n i

dt (4.12)

Se sustituye de las ecuaciones (4.8), (4.9), (4.10) y (4.11) en la ecuación (4.7)

para tener la ecuación (4.12).


32 3

di n Ra Rci i

dt La La (4.13)

De la ecuación (4.12) se despeja la diferencial de la corriente i3 con respecto

al tiempo y queda la ecuación (4.13).

22 3 1

di b n ti i f

dt j j j (4.14)

De la ecuación (4.6) se despeja la diferencial de la corriente i2 con respecto al

tiempo y queda la ecuación (4.14).

1

1 11

VC fC

(4.15)

Ecuación adicional.

VC1 es el voltaje en el capacitor C1 representado en ecuación diferencial.

f1 fuente de corriente.

2 2

13

03

b ndi i tj jdt

j fdi n Ra Rc

idt La La

(4.16)

Representación matricial de las ecuaciones (4.13) y (4.14).

1 1

0 0 0 11

0

00

dVC

dt CVCdWs Rb n t

Wsdt j j j

iLadiLa n Ra Rc

dt La La

(4.17)

Representación matricial de las variables originales.


La simulación a una entrada escalón de 2 segundos se ilustra en la figura

4.13.

Figura 4.13 Gráfica comparativa del voltaje en el capacitor, del flujo de agua y

corriente generada una entrada escalón de 2 segundos.

Los parámetros numéricos del sistema son.

Datos:

0.5Rb N·s/m, 0.01C mˆ5/N, 1.5j N·m·s², 0.1La H, 0.002n , t=200,

1 1R N·s/mˆ5, 2 1R N·s/mˆ5, 0.15Ra ohms, 1Rc ohms.

En la figura 4.13 se ilustra gráficamente el comportamiento del voltaje en

el capacitor, del flujo de agua y de la corriente generada, a una entrada escalón

de 2 segundos. El lapso de tiempo que dura la entrada escalón, es el tiempo

que dura cargándose el capacitor, hasta que termina el pulso termina de


cargarse el capacitor y de ahí se mantiene cargado lo que sería viéndolo en el

prototipo como si se quedará el estanque de agua lleno, después de igual

manera el tiempo que dura la entrada escalón es el tiempo que dura tomando

velocidad el flujo de agua, y el punto en el que termina el pulso, es el punto

más alto que alcanza el flujo de agua para después bajar hasta llegar a una

velocidad cero. Por último se tiene la grafica de la corriente generada, esta

comienza a aumentar hasta llegar al punto más alto, que es cuando termina la

entrada escalón para después comenzar a disminuir hasta llegar a una corriente

cero.

La simulación a una entrada tren de pulsos se ilustra en la figura 4.14.


corriente generada una entrada tren de pulsos.


En la figura 4.14 se muestra gráficamente el comportamiento del voltaje

en el capacitor, el flujo de agua y de la corriente generada, a una entrada tren

de pulsos, en la gráfica se muestra como aumenta el voltaje en el capacitor en

forma lineal hasta el momento en el que termina la señal de entrada. De igual

manera en la gráfica del flujo de agua, se muestra como aumenta hasta llegar a

un punto en el que se mantiene constante y en toda la señal se tienen unas

variaciones que son generadas por los pulsos de la señal de entrada.

Finalmente se muestra la señal de la corriente generada, como aumenta de

forma continua hasta llegar a un punto en donde se mantiene constante y

finalizar hasta que termina la señal de entrada, y de igual manera la señal

tiene unas variaciones generadas por los pulsos de la señal de entrada.

La simulación a una entrada tren de pulsos se ilustra en la figura 4.15.


corriente generada una entrada diente de sierra.


Inicialmente se tiene la señal de voltaje en el capacitor y se muestra como

aumenta constantemente hasta finalizar con la señal de entrada, en la señal se

tienen unas variaciones generadas por la forma de la señal de entrada. Después

se tiene la señal del flujo de agua en la que se muestra como aumenta hasta

llegar a un punto en donde se mantiene constante, y en la señal también se

muestra como tiene unas variaciones que son generadas por la forma de la

señal de entada. Finalmente se tiene la señal de la corriente generada en la que

se muestra como aumenta hasta llegar a un punto en la que se mantiene

constante y finalizar junto con la señal de entrada, en la señal se tienen

variaciones generadas por la forma de la señal de entrada.


4.5 Generalización a escala media del prototipo propuesto

El prototipo si se tuviera a gran escala podría ser utilizado como una

planta auxiliar de electricidad funcionando por un instante de tiempo, de esta

forma puede tener varias aplicaciones y estar bajo ciertas especificaciones de

funcionamiento.

Este prototipo a una escala más grande de construcción podría dar una

potencia de utilización para hacer funcionar por un instante de tiempo los

aparatos eléctricos más indispensables, como por ejemplo, en un hospital en el

que en un disturbio o corte del suministro eléctrico, este prototipo con unos

dispositivos electrónicos adicionales que detectaran la falla e inmediatamente

lo hicieran trabajar para poder por lo menos alimentar en ese lugar el

alumbrado o los aparatos eléctricos más indispensables.

Este prototipo con algunos dispositivos electrónicos adicionales podría

funcionar de manera similar a una fuente ininterrupible de energía (UPS),

Una aplicación seria el ejemplo anterior del hospital, en el cual, el prototipo

estará conectado al suministro de energía y en el momento de corte o falla del

suministro de energía, el prototipo suministrara una parte de la potencia que

se ocupe en dicho lugar.

De esta forma el prototipo puede estar conectado a la línea de energía y

en el momento de la falla o corte de energía eléctrica actúen los dispositivos

electrónicos similares a la de una UPS y hagan que se abra la compuerta de un

estanque para dejar pasar el flujo de agua a otro estanque y mover el


generador para tener por un instante de tiempo dado en minutos una potencia

eléctrica que pueda ser utilizada de emergencia.

La potencia eléctrica de este prototipo va a ser proporcional al tamaño del

generador y al tamaño de los estanques, según la aplicación que vaya a tener

seria el tamaño, ya que puede ser del orden de unos cientos de watts a unos

cuantos mega watts.

4.6 Posibilidades de México

Las posibilidades de México en la parte alta del Golfo de California se

registran mareas de gran amplitud que llegan a sobrepasar los 6 metros. Esto

se debe a que el tiempo que tarda en subir y bajar la marea, es el mismo de la

onda de marea en ir y regresar hasta el fondo del Golfo, lo cual se conoce

como resonancia hidráulica. Otro factor es el efecto que produce la fricción

del fondo en la variación de la velocidad de la onda de marea, al inundar la

parte alta del Golfo que es de muy poca pendiente.

En el proyecto IMPULSA IV de la UNAM, descrito en la página web

www.impulsa4.unam.mx, con la finalidad de conocer el potencial teórico de

generación eléctrica por medio de centrales de embalse, se realizaron una serie

de cálculos y modelos de computación, que en este momento sirven de base

para tener una idea de este potencial.

Uno de los ejemplos teóricos analizados, con varias suposiciones físicas

pero bastante rigor matemático, consistió en poner una presa o cortina, de lado

a lado del Golfo, de 50 km de largo con 5000 turbinas de 2 MW, donde la


profundidad máxima llega a 10 metros (con la debida incertidumbre a lo que

―profundidad‖ pudiera significar, donde el espesor de sedimentos es muy

grande).

La generación anual de energía, al correr el programa de cómputo con las

mareas reales del sitio, con 20 000 MW instalados, resultó ser de 5 500

GWh/año.

El cálculo se repitió para varias configuraciones, operadas durante un año

con mareas reales. En todos los casos, la potencia específica de las mareas en

el alto Golfo resultó ser de 15 MW/km² y la energía específica, de 8.4

GWh/km². Es evidente que en esta etapa de evaluación teórica no se han

considerado aspectos ambientales (que son de una alta sensibilidad en la

región), ni los económicos que podrían hacerlos prohibitivos en muchos casos.

En la figura 4.16 se muestra un resumen de las potencias teóricas alcanzables.

Estos cálculos de hicieron en una configuración idealizada, ya que tenían por

objeto encontrar los órdenes de magnitud. En un cálculo real, la fricción del

fondo puede modificar un poco estos resultados.


Figura 4.16 Estimación teórica del potencial energético del alto Golfo de

California, con una serie de embalses hipotéticos.

A pesar de lo anterior, de los estudios realizados comienzan a

desprenderse algunas opciones muy interesantes, tanto desde el punto de vista

económico como del ambiental, que seguramente servirán de base para

estudios más detallados en el futuro.

Se estudiaron, por ejemplo, lagunas costeras, donde arreglos de doble

embalse que aprovechan la topografía del lugar, eventualmente permitirían,

mediante compuertas y bordos razonablemente pequeños, crear una mitad de

laguna de nivel siempre alto y la otra de nivel siempre bajo, sin considerar


todavía los aspectos ambientales y económicos. Se podrían generar 50 MW

despachables.

Finalmente, frente a Puerto Peñasco se está analizando el arreglo de una

isla (o corral de cría de peces), donde el impacto ambiental sea mínimo, en un

área de 1 km² Su construcción sería con tablestacas de 12 metros de alto,

clavadas en el lecho marino, donde el fondo sea apropiado. La isla estaría

dividida en dos estanques mediante una pared con turbinas, y se podría

combinar la piscicultura con la generación de energía eléctrica,

suministrándose 5 MW. Casi continuos al puerto.


Capítulo 5

Conclusiones y Recomendaciones

5.1 Conclusiones

Se tiene la necesidad de no contaminar más el planeta, por lo tanto, es

necesario voltear a ver nuevas alternativas de generación de energía eléctrica

que no contaminen o que contaminen lo menos posible ya que las formas de

generar energía eléctrica actúales tienen gran impacto en el medio ambiente

por tal razón este trabajo de tesis es importante tomarlo en cuenta para

investigar más sobre estas centrales e implementarlas o proyectarlas a futuro.

En este trabajo de tesis se investigó las formas de poder generar energía

eléctrica de manera limpia y que no contamine el planeta y una de las menos

utilizadas y explotadas es la energía que se encuentra en las mareas, en la cual

hay gran potencial para generar grandes cantidades de potencia eléctrica

siendo así la materia prima, la marea que es natural, gratis e inagotable.

También, en este trabajo de tesis se dieron las bases de diseño de una

central maremotriz. Estas bases, son de la central maremotriz de la Rance

ubicada en Francia que es la de mayor capacidad y de estas la más importante

en el mundo.


De las bases ya dadas de diseño de una central maremotriz se puede basar

en gran parte cualquier diseño para la construcción e implementación de estas

centrales.

Por último, se mostró un prototipo de una central maremotriz a pequeña

escala de generación y construcción, la cual se baso en el principio básico de

funcionamiento de una central maremotriz. Se mostró cada pieza con sus

características y la función que cada una realiza en el prototipo.

En este prototipo se comprobó cómo se puede generar electricidad con el

movimiento del agua y sin necesidad de usar ningún combustible y mucho

menos contaminar el medio ambiente.

5.2 Recomendaciones

En este trabajo de tesis se investigó la importancia de tener nuevas formas

de generar energía eléctrica de manera limpia y sin contaminar, se propone

generar energía eléctrica con centrales maremotriz, ya que es una alternativa

nueva si se implementará en México.

Esta tecnología de energía maremotriz no es nueva en el mundo pero poco

usada o explotada ya que no es fácil la implementación de estas centrales, en

México el gobierno tiene centrados sus intereses en construir un pequeño

conjunto de centrales que emplee relativamente trabajos de bajo costo pero las

limitaciones que se tienen frustran esta meta. Una central de energía de

maremotriz podría proveer energía para desarrollos locales.


Bibliografía

1. Capitulo 3 Otras fuentes de energía

Dr. Gilberto Gonzalez Avalos

Notas centrales eléctricas

2. Energía Maremotriz

Pedro Fernández Díez

Departamento de ingeniería eléctrica y energética

Universidad de Cantabria

http://www.termica.webhop.info

3. Fuentes de Energía

José Roldan

Ed. Paraninto

4. Tecnología Industrial I

Bach

Ed. Mc Graw Hill

1ª edición

5. http://www.oei.es/divulgacioncientifica/reportajes012.htm

6. http://www.ejournal.unam.mx/ict/vol1102/ICT001100209.pdf


7. http://html.rincondelvago.com/energia-maremotriz.html

8. http://www.slideshare.net/mayelaguerra/energas-alternativas-sofia-y-andrea

9. Sistemas de Energía Eléctrica

Barrero González Fermín

Ed. Paraninto

10. Energías Alternativas Handbook

Allan y Gill Bridgewater

Ed. Paraninto

diseÑo y construccion de un prototipo de una central maremotriz±o... · maremotriz. el diseño...

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